一种确定桨叶摆式吸振器最优频率的方法与流程

1.本发明涉及直升机振动控制技术领域，涉及一种解决确定桨叶摆式吸振器最优频率的方法。


背景技术：

2.桨叶摆式吸振器(以下简称单摆)是直升机振动控制的有效手段之一。单摆安装在桨叶根部，通过运动消耗桨叶激振能力，从而降低桨叶对直升机机体结构的激振力。单摆的频率设计是影响其振动控制效果的关键因素。根据吸振的相关理论，将单摆频率设计与单摆频率重合，能够获得较好的振动控制效果。然而在实际工程应用中，由于以下几个方面的原因导致通过理论设计无法达到满意的振动控制效果：
3.1、单摆运动的非线性，即单摆在离心力场的作用下绕旋转中心摆动，不能完全满足线性假设的条件；
4.2、单摆存在结构尺寸和分布重量，即单摆重量分布并不是集中的质点，而是分布的重量，包括摆臂和摆锤等，其相对质心的惯量对理论频率设计有显著的影响；
5.基于以上论述可知，如何确定最优的单摆频率，对发挥更好振动控制效果具有重要意义。


技术实现要素：

6.本发明的目的：提出了一种确定桨叶摆式吸振器最优频率的方法。本发明可以避免由非线性、结构尺寸及分布重量引起的单摆频率设计不准确的问题。
7.本发明的技术方案：一种确定桨叶摆式吸振器最优频率的方法，按照理论公式设计频率可调的单摆吸振器；将单摆吸振器安装于目标位置，开展试飞试验，得到目标位置在各单摆频率下的振动量值；以控制目标位置的振动为对象，绘制单摆频率与目标位置振动量值之间的关系曲线；根据曲线拐点，确定单摆的最优频率。
8.前述的确定桨叶摆式吸振器最优频率的方法中，所述的理论公式为：
[0009][0010]
其中，ω为单摆吸振器的单摆频率；ω桨叶旋转频率；l为单摆安装位置，表示单摆吸振器旋转轴到桨叶旋转中心的距离；r为单摆长度，表示单摆吸振器重心位置到自身旋转轴的距离。
[0011]
前述的确定桨叶摆式吸振器最优频率的方法中，所述的单摆安装位置l根据桨叶根部可用空间确定。
[0012]
前述的确定桨叶摆式吸振器最优频率的方法中，所述的单摆吸振器的单摆频率通过单摆长度r调节。
[0013]
前述的确定桨叶摆式吸振器最优频率的方法中，所述的单摆吸振器的单摆频率的
调节范围为(n-1)ω～(n+1)ω，其中n为桨叶的片数。
[0014]
前述的确定桨叶摆式吸振器最优频率的方法中，关系曲线的绘制过程如下：
[0015]
在单摆频率范围(n-1)ω～(n+1)ω内选取ω1，ω2...ωn进行试飞测试，测量目标位置在定高度、定速度平飞状态的振动a1，a2...an；
[0016]
绘制a1，a2...an与ω1，ω2...ωn间的关系曲线，从曲线中初步获得相对低的三个设计频率点，得到缩小后的单摆频率范围[ω
f1
，ω
f2
]；
[0017]
继续在[ω
f1
，ω
f2
]内选取ω
21
,ω
22
,
…
ω
2n
进行试飞测试，测量目标位置在定高度、定速度平飞状态的振动a
21
，a
22
...a
2n
，绘制[ω
f1
，ω
f2
]与ω
21
,ω
22
,
…
ω
2n
间关系曲线。
[0018]
前述的确定桨叶摆式吸振器最优频率的方法中，ω1，ω2...ωn的相邻两频率点间间隔0.2ω。
[0019]
前述的确定桨叶摆式吸振器最优频率的方法中，ω
21
,ω
22
,
…
ω
2n
的相邻两频率点间间隔0.1ω。
[0020]
本发明的有益效果：本发明可以避免由非线性、结构尺寸及分布重量引起的单摆频率设计不准确的问题。通过绘制单摆理论频率与目标振动量值之间的关系曲线，根据曲线拐点，准确得到单摆最优频率，最优频率下的单摆，可以发挥最优的振动控制效果。根据对比，同等重量代价下，根据本发明确定单摆最优频率后，振动控制效果可提升40％以上。
[0021]
本发明在绘制关系曲线时，通过逐步缩小频率范围，最终得到的单摆最优频率准确性更高。
附图说明
[0022]
图1为本发明方法的实施流程图；
[0023]
图2摆式吸振器位置示意图；
[0024]
图3为利用本发明方法确定最优频率的实例图，其中横坐标为单摆的设计频率，纵坐标为对应的目标位置的振动。拐点处振动最小，此时的单摆频率为最优频率。对比结果显示，最优频率处的振动比其他位置低，振动控制效果最优。
具体实施方式
[0025]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0026]
实施例1。为证明本发明的适用性和有效性，应用本发明对某型机通过试飞的手段确定桨叶摆式吸振器的最优频率。具体实施方式如下：
[0027]
[1]明确以直升机驾驶员处的振动为振动控制的目标位置，振动的频率为21.5hz，由此可以确定单摆吸振器的单摆频率为旋翼21.5hz(5ω)；
[0028]
其中：桨叶的片数为5；
[0029]
[2]通过单摆吸振器安装位置l和单摆长度r的组合关系，按照以下公式确定单摆吸振器的单摆频率：
[0030][0031]
其中：
[0032]
ω为桨叶旋转频率4.3hz；单摆安装位置l为1361mm；单摆长度r为56mm；
[0033]
[3]确定单摆长度r的范围
[0034]
根据步骤[1][2][3]，确定单摆长度r的调节范围为39mm～91mm，使单摆的设计频率范围为4ω～6ω；
[0035]
[4]粗略绘制目标位置振动与设计频率之间的关系曲线
[0036]
以0.2ω为间隔，开展试飞测试，测量目标位置在定高度、定速度平飞状态的振动,粗略绘制目标位置振动与设计频率之间的关系曲线，从曲线中初步获得相对低的三个设计频率点，进一步设计频率范围[4.8ω，5.2]；
[0037]
[5]精细绘制目标位置振动与设计频率之间的关系曲线
[0038]
以0.1ω为间隔,再次开展频率范围[4.8ω，5.2ω]试飞测试，测量目标位置在定高度定速度平飞状态的振动,获得精细的设计频率与目标位置的振动的关系；
[0039]
[6]根据关系曲线，得到振动最低的设计频率点为4.9ω，参见图3，如有必要则以更小的设计频率间隔开展试飞。最终得到目标振动最小的设计频率作为最优频率。
[0040]
实施例2。一种确定桨叶摆式吸振器最优频率的方法，参见图1和图2，通过试飞的手段确定桨叶摆式吸振器的最优频率。按照理论公式设计频率可调的单摆，开展不同频率单摆的试飞，得到目标位置的振动量值。以控制目标位置的振动(如直升机驾驶员处的振动)为对象，绘制单摆频率与目标位置振动量值之间的关系曲线。根据曲线拐点，确定单摆的最优频率。
[0041]
具体步骤如下：
[0042]
[1]明确振动控制的目标位置及振动的频率，以确定单摆吸振器的单摆频率，一般为旋翼nω；
[0043]
其中：
[0044]
n为桨叶的片数；
[0045]
[2]根据桨叶根部可用空间，确定单摆安装位置l；
[0046]
[3]通过单摆吸振器安装位置l和单摆长度r的组合关系，按照以下公式确定单摆吸振器的单摆频率：
[0047][0048]
其中：
[0049]
ω为桨叶旋转频率，单位hz；
[0050]
单摆安装位置l为单摆旋转轴到桨叶旋转中心的距离，单位mm；
[0051]
单摆长度r为单摆重心位置到自身旋转轴的距离，单位mm；
[0052]
单摆吸振器示意见图2。
[0053]
[4]确定单摆长度r的范围
[0054]
根据步骤[2]公式，在步骤[3]单摆安装位置l确定的前提下，确定单摆长度r的调节范围，使单摆的设计频率范围为(n-1)ω～(n+1)ω；
[0055]
[5]以0.2ω为间隔开展试飞测试
[0056]
以0.2ω为间隔，开展频率为ω1，ω2...ωn试飞测试，测量目标位置在定高度、定速度平飞状态的振动a1，a2...an；
[0057]
[6]粗略绘制目标位置振动与设计频率之间的关系曲线
[0058]
粗略绘制目标位置振动与设计频率之间的关系曲线，从曲线中初步获得相对低的三个设计频率点，进一步设计频率范围[ω
f1
，ω
f2
]
[0059]
[7]精细绘制目标位置振动与设计频率之间的关系曲线
[0060]
以0.1ω为间隔,再次开展频率范围为[ω
f1
，ω
f2
]试飞测试，测量目标位置在定高度、定速度平飞状态的振动a
21
，a
22
...a
2n
,获得精细的设计频率与目标位置的振动的关系。
[0061]
[8]根据关系曲线，得到振动最低的设计频率点，如有必要则以更小的设计频率间隔开展试飞。最终得到目标振动最小的设计频率作为最优频率。
[0062]
以上所述，仅为本发明的具体实施例，对本发明进行详细描述，未详尽部分为常规技术。但本发明的保护范围不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种确定桨叶摆式吸振器最优频率的方法，其特征在于，按照理论公式设计频率可调的单摆吸振器；将单摆吸振器安装于目标位置，开展试飞试验，得到目标位置在各单摆频率下的振动量值；以控制目标位置的振动为对象，绘制单摆频率与目标位置振动量值之间的关系曲线；根据曲线拐点，确定单摆的最优频率。2.根据权利要求1所述的确定桨叶摆式吸振器最优频率的方法，其特征在于，所述的理论公式为：其中，ω为单摆吸振器的单摆频率；ω桨叶旋转频率；l为单摆安装位置，表示单摆吸振器旋转轴到桨叶旋转中心的距离；r为单摆长度，表示单摆吸振器重心位置到自身旋转轴的距离。3.根据权利要求2所述的确定桨叶摆式吸振器最优频率的方法，其特征在于，所述的单摆安装位置l根据桨叶根部可用空间确定。4.根据权利要求2所述的确定桨叶摆式吸振器最优频率的方法，其特征在于，所述的单摆吸振器的单摆频率通过单摆长度r调节。5.根据权利要求2所述的确定桨叶摆式吸振器最优频率的方法，其特征在于，所述的单摆吸振器的单摆频率的调节范围为(n-1
)ω～(n+1)ω，其中n为桨叶的片数。6.根据权利要求5所述的确定桨叶摆式吸振器最优频率的方法，其特征在于，关系曲线的绘制过程如下：在单摆频率范围(n-1)ω～(n-1)ω内选取ω1，ω2...ω
n
进行试飞测试，测量目标位置在定高度、定速度平飞状态的振动a1，a2...a
n
；绘制a1，a2...a
n
与ω1，ω2...ω
n
间的关系曲线，从曲线中初步获得相对低的三个设计频率点，得到缩小后的单摆频率范围[ω
f1
，ω
f2
]；继续在[ω
f1
，ω
f2
]内选取ω
21
，ω
22
，
…
ω
2n
进行试飞测试，测量目标位置在定高度、定速度平飞状态的振动a
21
，a
22
...a
2n
，绘制[ω
f1
，ω
f2
]与ω
21
，ω
22
，
…
ω
2n
间关系曲线。7.根据权利要求6所述的确定桨叶摆式吸振器最优频率的方法，其特征在于，ω1，ω2...ω
n
的相邻两频率点间间隔0.2ω。8.根据权利要求6所述的确定桨叶摆式吸振器最优频率的方法，其特征在于，ω
21
，ω
22
，
…
ω
2n
的相邻两频率点间间隔0.1ω。

技术总结
本发明公开了一种确定桨叶摆式吸振器最优频率的方法，按照理论公式设计频率可调的单摆吸振器；将单摆吸振器安装于目标位置，开展试飞试验，得到目标位置在各单摆频率下的振动量值；以控制目标位置的振动为对象，绘制单摆频率与目标位置振动量值之间的关系曲线；根据曲线拐点，确定单摆的最优频率。本发明可以避免由非线性、结构尺寸及分布重量引起的单摆频率设计不准确的问题。率设计不准确的问题。率设计不准确的问题。


技术研发人员：王文涛 喻国瑞 汪亚龙 马松林 符烁
受保护的技术使用者：中国直升机设计研究所
技术研发日：2022.11.17
技术公布日：2023/5/30